石油大学北京注水

会计学1石油大学北京注水第一节水质

注水中油层伤害原因及机理

注水水质的基本要求

水质的指标体系

注入水水质标准第1页/共105页

注水中油层伤害原因及机理

注水中油层伤害的原因：注入水与地层水不配伍注入水与储层岩石矿物不配伍注入条件变化不溶物造成地层堵塞第2页/共105页油层伤害表现在：直接生成CaCO3、CaSO4或BaSO4、SrSO4等沉淀水中溶解氧引起铁氧化物沉淀水中硫化氢引起硫化亚铁沉淀水中二氧化碳引起CaCO3、BaCO3等沉淀注入水与地层水不配伍第3页/共105页铁的沉淀机理：注入水经地面管线到井底，含铁量显著增加。

注入水与地层水不配伍腐蚀产物主要是氢氧化铁和硫化亚铁。第4页/共105页注入水与地层水不配伍氢氧化铁沉淀生成机理：Fe2+氧化生成铁菌的代谢作用产生第5页/共105页注入水与地层水不配伍硫化亚铁沉淀生成机理：水中硫化氢H2S与Fe2+生成水中硫酸盐菌还原成H2S，与Fe2+生成第6页/共105页注入水与地层水不配伍碳酸盐沉淀的机理：重碳酸钙、重碳酸镁等不稳定盐类，由于温度变化，析出沉淀。在硫酸盐还原菌作用下，生成CaCO3沉淀。第7页/共105页油层伤害表现在：矿化度敏感引起水敏物质的膨胀、分散与运移PH值变化引起的微粒脱落、分散和沉淀注入水与岩石沉淀注入水与储层岩石矿物不配伍第8页/共105页油层伤害表现在：流速影响温度变化影响压力变化影响注入条件变化第9页/共105页油层伤害表现在：外来的机械杂质堵塞地层注水系统中的腐蚀产物各种环境下生长的细菌油及其乳化物不溶物造成地层堵塞第10页/共105页

注水水质的基本要求控制悬浮固体浓度与粒径控制腐蚀性介质（溶解氧、CO2、H2S）控制含油量控制细菌含量控制水垢的形成第11页/共105页水质的指标体系

五类指标：溶解气生物类矿物类相关指标综合类第12页/共105页溶解在水中的O2、CO2和

H2S的浓度单位：mg/L溶解气生物类描述菌类及种菌的含量单位：个/mL第13页/共105页硫酸盐还原菌（SRB）

一种厌氧条件下使硫酸盐还原成硫化物，以有机物质为营养的细菌。

生成环境：PH=7.07.5，温度为2035C。

危害：产生H2S并与铁作用形成FeS沉淀和产生粘液物，强化垢的形成。第14页/共105页铁细菌

多种细菌的总称，是好氧性细菌和兼性细菌。

生成环境：水中含有亚铁、氧和有机物，总铁量在16mg/L的水中，温度为2225oC。

危害：促成二价铁氧化成Fe3+，产生氢氧化铁沉淀；粘液物质形成浓度差电池腐蚀。第15页/共105页腐生菌

一类好氧“异养”型的细菌，存在分布较广。

生成环境：存在分布较广。

危害：与铁细菌大体相同。第16页/共105页阳离子：钙、镁、铁、钡（锶）离子阴离子：氯根、碳酸根和碳酸氢根及硫酸根矿物类相关指标PH值温度含油：mg/L第17页/共105页悬浮固体含量悬浮固体颗粒直径平均腐蚀率总铁含量膜滤系数MF总矿化度综合类第18页/共105页

注入水水质标准注水水质标准沿革SY/T5329-94标准规范执行标准的原则水质标准的制定方法第19页/共105页注水水质标准沿革沿用前苏联二项指标（悬浮物，含铁量）七十年代末提出的“五指标、三要求”的建议六十年代中期，增加含油量指标88年底，我国首次颁布SY5329-88注水水质标准95年，修订为SY/T5329-94标准第20页/共105页SY/T5329-94标准规范水质主要控制指标：悬浮物颗粒直径、悬浮固体含量、含油量、平均腐蚀率、SRB、铁细菌、腐生菌、点腐蚀等指标。水质基本要求：水质稳定；不使粘土矿物产生水化膨胀或悬浊；配伍性好；低腐蚀、低悬浮；水源选择评价合标准。辅助性指标：溶解氧、侵蚀性CO2、H2S、PH值、总铁含量等指标。第21页/共105页执行标准的原则控制指标优先原则

水质主要控制指标首先应达到要求。在主要控制指标已达到注水要求的前提下，若注水又较顺利，可以不考虑辅助性指标。第22页/共105页执行标准的原则标准分级原则

三类油层指标各自分级，先严后松，逐级放宽。新投入注水开发的油藏或新建注水站应执行一级标准（A1、B1、C1），而建站时间较长或实际水处理能力已超过原设计能力或高含水期可执行二级标准（A2、B2、C2），甚至三级标准。第23页/共105页执行标准的原则实际油田，具体标准原则

各油田应借荐而不是照搬行业标准，应根据油层的具体特性和生产实际情况，科学制定切合实际的水质标准，各油田的水质标准是不完全一致的。第24页/共105页水质标准的制定方法获取油层岩性、油层水、注入水（水源水）资料

测定水的温度、密度、粘度,悬浮固体浓度及颗粒分布、腐生菌、硫酸盐还原菌、铁细菌和平均腐蚀率等。

测定注水层位岩心的渗透率、孔道分布规律、粘土矿物组成及其含量，岩心的阳离子交换量以及水敏指数。

测定注入水及油层水中的阴离子的浓度，分析溶解气浓体度及PH值等参数。第25页/共105页水质标准的制定方法水的配伍性评价

含钡、锶、钙离子的水与含有硫酸根离子的水混合时，经试验后不能生成沉淀时才能注水，否则应进行水质处理。BaSO4结垢量控制指标为BaS042.5mg/L。二价硫离子含量高的水与含有二价铁离子的水混注时，必须考虑硫化亚铁结垢问题。含碱度较高的水与含钙、镁、钡、锶、铁（Fe2+）等离子的水相混或当水中游离二氧化碳含量较高，或二氧化碳逸出使水的PH值升高时，应考虑碳酸盐结垢问题。第26页/共105页根据化学的溶度积原理，初步判断各离子在水中的稳定性。C.E.C值大于0.09mmol/g（按一价离子计算）时，就不能忽视粘土的水化膨胀。采用注入层岩心进行水驱实验，了解粘土矿物的水化膨胀程度为注水时是否需要防膨提供依据。第27页/共105页水质标准的制定方法水中悬浮物的不同处理程度对岩心伤害试验

固相含量变化与岩心渗透率变化的关系试验。

含油量变化与岩心伤害关系。固相颗粒直径中值与岩心伤害关系。

悬浮物（固相+含油）不同标准分级各指标系列与岩心的伤害关系第28页/共105页水质标准的制定方法注入水水质指标方案设计对注入水水质指标进行概念设计，并尽可能向行业标准靠近，概念设计方案可提供二到三个方案。结合油层伤害程度的定量关系、吸水能力随时间的变化规律等预测注水井的吸水能力，讨论不同方案的配注指标实现程度。水质指标方案的水质处理可行性研究。结合开发方案、注水工艺技术现状、水处理费用等优选出一套水质指标的试注方案。试注第29页/共105页第二节水源及水处理

水源选择

水处理基本措施

水处理基本流程第30页/共105页水源选择水源类型

地下水：水量稳定，水质不受季节影响，矿化度较高。地表水：矿化度低，泥砂含量高，溶解氧充足，水量受季节变化。油田污水：偏碱性，硬度低，含铁少，矿化度高，含油量高和胶体物含量高，悬浮物组成复杂,油田注水的主要水源。第31页/共105页水源选择水源类型

海水：高含氧和盐，腐蚀性强，悬浮固体颗粒随季节变化,水源丰富。混合水：混合水指上述二种或三种以上水源相混合的水。大多数情况是含油污水与其它水源混合注入地层。第32页/共105页水源选择水源选择原则

充足的水量，且供水量稳定。良好或相对良好的水质，且水处理工艺相对简单或水处理经济技术可行。含油污水优先，以减少环境污染。

考虑水的二次或多次利用，减少资源浪费。第33页/共105页水源选择水源选择原则

水源总供水量：

Q1—油田注水量；Q2—油田辅助生产用水量

Q3—油田生活用水量；Q4—其它用水量第34页/共105页水处理基本措施

沉淀

过滤

杀菌

脱气

除油

曝晒

第35页/共105页沉淀沉淀是让水在沉淀池（罐）内有一定的停留时间，使其中所悬浮的固体颗粒借助自身的重量沉淀下来。Stokes沉降规律：提高沉降效果足够的沉淀时间：加迂回挡板，增大流程。加快下沉速度：加入絮凝剂，增大颗粒直径。第36页/共105页过滤过滤目的是除悬浮固体或除铁。过滤器的种类：不同的过滤器，过滤标准或过滤对象不尽相同。常见的除铁方法：自然氧化法（石英砂过滤）、接触催化法（天然锰砂过滤）、人工石英砂法。第37页/共105页

双向滤器结构示意图1-罐体；2-滤砂器；3-进水管；4-反冲洗排水管；5-出水管；6-反冲洗进水管；7-配水管；8-出水管；9-集水筛管；10-无烟煤滤料层；11-石英砂滤料层；12-磁石矿砂层；13-卵石垫料层第38页/共105页压力式锰砂除铁滤罐1-罐体；2-滤料层；3-垫料层；4-集配水管；5-进水管；6-反冲洗排水管；7-出水管；8-反冲洗进水管；9-自动排气阀；10-排气管第39页/共105页杀菌杀菌方法有化学法和物理法。油田常用杀菌剂。第40页/共105页脱气真空除氧：降低压力就降低了溶解气量。气提脱氧：用天然气或惰性气体与水逆流冲刷，以提出水中溶解氧。化学脱氧：化学药剂（氧化剂）与氧反应生成无腐蚀性产物。除去H2S和CO2：在酸性条件下，可在真空脱氧或气提脱氧中完成。第41页/共105页真空式除氧塔第42页/共105页逆流气提式除氧第43页/共105页除油重力分离：提供足够的停留时间以便油珠聚结和重力分离。气体浮选：气泡与悬浮在水流中的油滴接触，使它们象泡沫一样上升到水面。污水中含油分散情况有三类：浮油、分散油及乳化油。浮油稍加静置即浮到水面，分散油如果有足够的静置时间，也能浮升至水面。第44页/共105页水处理基本流程水处理系统分为闭式系统和开式系统两种。闭式系统是一种完全隔绝氧气的系统，适用于原来就不含空气（或极少量氧），并几乎不用化学处理的系统。海水注入系统可采用闭式系统。开式系统适用于被氧饱和的水源或需要以通气的方式除去H2S和CO2。应采用相应的隔氧技术。第45页/共105页地下水处理流程主要是含有铁、锰矿物、高矿化度及悬浮固体。地下水处理流程：1-水源井；2-深井泵；3-锰砂除铁滤罐；4-石英砂滤罐；5-缓冲水罐；6-输水泵；7-输水管线第46页/共105页采出水处理流程主要是含油、悬浮颗粒、细菌。采出水处理流程：1-降油罐；2-单阀过滤罐；3-缓冲水罐；4-输水泵；5-注水罐；6-高压注水泵；7-输油泵；8-污油罐；9-污水回收池；10-回收水泵；11-混凝剂溶药池；12-加药泵；13-杀菌剂溶药罐；14-加杀菌剂泵第47页/共105页地表水处理流程主要是泥砂含量高，溶解氧含量高。地表水处理流程：清水池吸水池输水泵房计量间输水管道滤池反应沉淀池药水混合物取水泵房引水构筑物第48页/共105页海水处理流程主要是含氧和悬浮物。海水处理流程：1-絮凝剂罐；2-压风机；3-砂滤器；4-砂滤器缓冲罐；5-硅藻土滤器；6-简式过滤器；7-提升泵；8-气提脱氧塔；9-Na2SO3罐；10-CoSO4罐；11-过滤器辅助箱第49页/共105页第三节注水井动态

基本概念

注水井的注入量

吸水能力因素分析

注水指示曲线分析与应用第50页/共105页基本概念

流度比

吸水指数

视吸水指数与比吸水指数相对吸水量

注水井指示曲线

吸水剖面

第51页/共105页流度比流度比指在注水油藏中水侵区的水的流度与油汇区的油的流度之比值。在见水前，一个开发区流度比将一直不变；在见水后，流度比随含水饱和度、水的相对渗透率的增加而不断增大。人工注水时的流度比范围为0.022.0。第52页/共105页吸水指数吸水指数指注水井在单位井底压差下的日注水量，单位用m3/MPa.d。吸水指数表示注水井单井或单层的吸水能力。第53页/共105页视吸水指数视吸水指数指日注水量与井口注入压力之比，单位用m3/MPa.d。比吸水指数指单位油层厚度上的吸水指数或称“每米吸水指数”。比吸水指数第54页/共105页相对吸水量对于多层注水井，相对吸水量指在相同条件下某小层的吸水量与全井吸水量之比。相对吸水量表示了各小层的相对吸水能力。第55页/共105页注水井指示曲线注水井指示曲线指在稳定流动的条件下，注入压力与注水量的关系曲线。注水井指示曲线分层指示曲线第56页/共105页吸水剖面吸水剖面描述注水井在井底沿井筒各射开层分层吸水量的图形。吸水剖面形象地表示注水井分层吸水能力大小。同位素载体法是测注水井吸水剖面常用方法。井温测试可确定井下吸水层位。第57页/共105页吸水剖面IIIIII4527516.4第58页/共105页注水井的注水量单井注水量方程：Qw—注水量或吸水量，m3/dKw—水的有效渗透率，10-3m2h—吸水层段有效厚度，mPiwf-Pr—注水压差，kPaBw—水的体积系数w—水的粘度，mPa.sS—注水井综合表皮系数Re—水前缘半径，mrw—井筒半径，m第59页/共105页注水指示曲线分析与应用

常见指示曲线

用指示曲线分析油层吸水能力变化

井下工具管柱工况判断

检查配注准确程度和分配层段注水量第60页/共105页常见指示曲线曲线1：直线递增式，反映了地层的吸水规律。曲线2：垂直式，曲线出现在油层渗透性极差的情况，或测试故障或水嘴堵死。曲线3：递减式，是一种不正常的曲线。第61页/共105页常见指示曲线曲线4：曲折式，反映仪器设备有问题。曲线5：上翘式，与仪表、操作、设备、油层性质有关。曲线6：折线式，表示有新油层在注水压力较高时开始吸水，或地层产生微小裂缝。第62页/共105页指示曲线分析油层吸水能力变化指示曲线右移，斜率变小：吸水指数变大，地层吸水能力变好。第63页/共105页指示曲线分析油层吸水能力变化指数曲线左移，斜率变大：

吸水指数变小，地层吸水能力变差。第64页/共105页指示曲线分析油层吸水能力变化指示曲线平行上移，斜率不变：

吸水能力未变，地层压力升高。第65页/共105页指示曲线分析油层吸水能力变化指示曲线平行下移，斜率不变：

吸水能力未变，而是地层压力下降所致。第66页/共105页井下工具管柱工况判断封隔器失效:油、套压平衡，注水压力不变而注水量上升，封隔的两层段指示曲线相似。配水器失效：注水量逐渐下降，直至不进水，指示曲线向压力轴方向偏移，水嘴或配水滤网堵塞；注水量逐渐上升，指示曲线向注水轴偏移水嘴被刺大注水量突然上升，指示曲线向注水轴偏移水嘴脱落第67页/共105页检查配注准确程度和分配层段注水量管柱失效：全井注水量猛增，层段指示曲线与全井指示曲线相似管柱脱落；层段指示曲线与水嘴掉时相似螺纹漏失；注水量上升，油压下降套压上升，层段指示曲线向注水轴偏移管柱末端球座不密封。第68页/共105页注水工艺

注水工艺参数设计

注入系统

实施注水

注水井工艺措施第四节注水工艺第69页/共105页注水工艺参数设计注水量预测与设计

注水压力设计注水温度预测与设计注水井节点系统分析第70页/共105页注水量预测与设计不同含水阶段日注水量单井平均日注水量N—全油田注水井数，口

Qo—产油量，t/dB—注采比

C—注水系数，取C=1.01.2B0—原油体积系数

fw—含水率，%（重量百分比）0—地面原油密度，t/m3

w—注入水密度，t/m3Qw—全油田所需的注水总量,m3/d

qiw—单井日注水量，m3/d第71页/共105页注水量预测与设计单井油层临界注入量qiwc—油层厚度h的日平均临界注入量，m3/dd—实验岩芯直径，cm

h—油层厚度，mrw—井眼半径（射孔井为孔眼端部距井中心距离），cmqc—实验岩心的临界流量，cm3/min第72页/共105页注水压力设计启动压差：油层开始吸水时的注入压差pr。设计注水压力采用临界压力原则：中、高渗油层，最大井底注水压力不得超过地层破裂压力的90%；对低渗油层，井底压力不超过地层破裂压力的110%。注水压差：第73页/共105页注水压力设计注水井井口压力：pf—油管摩阻损失，MPaph—井筒静水压头，MPap—配水器嘴流损失，MPa第74页/共105页注水井节点系统分析分析步骤：按注水井动态方程绘制IPR曲线；绘制油管流动曲线或不同管径注水压力梯度线；将IPR和油管曲线联合，获得合适的注水压力、注水量或油管直径；按系统分析方法获得其他相关的工艺参数；第75页/共105页注水井节点系统分析注水IPR与油管曲线砾石充填注水井压降曲线第76页/共105页注入系统

注水井

注水管网注水站系统效率第77页/共105页注入系统油田注水系统包括：油田供水系统、油田注水地面系统、井筒流动系统、油藏流动系统。油田注入系统包括：油田注水地面系统、井筒流动系统。由注水站、配水间、井口、井下配水管柱及相连管网组成。第78页/共105页注水井生产井转成的井：低产井、特高含水油井或边缘井。专门钻的井：有时，因转换注水井的费用会比钻新注水井的费用高。多个注水井构成注水井组，注水井组的注入由配水间来完成。第79页/共105页注水井典型注水井井口和注水管线连接方式第80页/共105页注水井注水井井下系统第81页/共105页注水管网经济流速：注水管道运行费最低时的流速，对应的流量为经济流量。注水管网最远点水力压降限定值：在注水系统正常运行的情况下，注水成本最低时，高压水输送到最远点的压力下降值是确定注水站的规模、管辖范围或输水距离的依据。第82页/共105页注水管网管道运行费：注水成本降低的因素主要是基建、折旧费G、K、Q、H、H，D等参数。第83页/共105页注水站

是注水系统的核心，注水站场设计包括确定总注水量和设计注水压力，并规划站内工艺流程。注水站规模：以管辖范围的注水量及用水量为依据。QZ

—注水站用水量，m3/dQw

—注水站注水总量，m3/dQx

—日洗井水量，m3/dQf

—日附加用水量，m3/d第84页/共105页注水站注水站压力设计：由油层注水压力决定。多油层混注时，以各油层均能完成配注水量的最高压力为依据。

站内注水工艺流程：

来水进站计量水质处理贮水罐泵出第85页/共105页系统效率地面注入系统效率：指注水站到井口的效率，包括注水泵机组效率及注水管网的效率。地—地面注入系统效率1—电动机平均效率2—注水泵平均效率3—注水管网平均效率第86页/共105页系统效率注入系统效率：注—注水系统效率地—地面注入系统效率供—供水系统效率井—井筒流动系统效率藏—油藏流动系统效率第87页/共105页实施注水试注与转注

分层注水第88页/共105页试注与转注试注目的：获得吸水指数及地层注水启动压力等重要参数及检验水质标准的适应性。转注：对于特高含水的采油井，有时改为注水井即转注。第89页/共105页分层注水分层注水：在井口保持同一压力的条件下，控制高渗透层的注水量，加强中、低渗透层的注入量，防止注入水单层突进，使之均匀推进。分层注水技术的核心：基于分层吸水能力的掌握，按开发要求设计分层注水管柱和分层配水。第90页/共105页分层配水嘴损曲线：描述配水嘴尺寸，配水量和通过配水嘴的节流损失三者之间的定量关系曲线。第91页/共105页分层配水嘴损曲线法选择水嘴：①据测试资料绘制分层吸水指示曲线②在分层指示曲线上，查出与各层段注水量相对应的井口配注压力③计算各层的嘴损压差或确定嘴损压差④借用嘴损压差值和需要的配注量在嘴损曲线上查出水嘴尺寸第92页/共105页分层配水简易法选择水嘴：对于调整水量不大的层段d1—原用水嘴直径，mmd2—需调整水嘴直径,mmQ0—原注入量，m3Q1—配注量，m3第93页/共105页注水工艺

注水井工艺措施分类

改变注水井工作制度的工艺措施

注水井调剖技术粘土控制技术注水井工艺措施第94页/共105页注水井工艺措施分类工